Toochee

Ha körülnézünk, a Földet laposnak látjuk – bár már az i. e. IV. században Arisztotelész felvetette, hogy a Föld gömb alakú, egy évszázaddal később Eratoszthenész meglepően pontosan ki is számította a Föld sugarát –, mégis évszázadoknak kellett eltelniük, amíg elfogadtuk, hogy bolygónk gömbölyű. Repülővel kb. 25 kilométer magasra emelkedve már látszik a Föld hajlata.

De már rögtön következett is a kérdés, hogy mi van a belsejében. Sokáig ez is a tudomány határterülete volt, ezért mindenki azt vizionált, amit akart. Ide képzelték a poklot, más elképzelés szerint bolygónk üreges, közepén egy nappal, és a belső felületén is élnek ismeretlen tények.  Évezredekig a Föld belsejébe pillantani csak annyira tudtunk, amennyire a természetes barlangokban le tudtunk ereszkedni. De fejlődött a technika, és vele együtt a tudomány.

Azt ma már az általános iskolában is tanítják, hogy a Föld a földkéregből, a köpenyből, a külső és belső magból áll. De a mindennapokban még mindig szilárdként gondolunk rá, pedig ez csak a földköpenyre igaz. Nem ismerjük jól az alkotóelemek arányait sem. Ezt körülbelül szemlélteti a következő példa. Fújjunk fel egy szép nagy gömbölyű lufit, és vizezzük be! Ez a Föld. A gumi a szilárd földkéreg, amin élünk. A nedvesség a felületén a légkör vastagsága. Tegyünk bele a közepébe egy kézilabdát, annak a közepébe egy citromot! A labda és a lufi közötti rész a köpeny, a citrom és a labda közötti rész a külső mag, a citrom a belső mag.

A földkérgen élünk, itt vannak a barlangok, itt bányászunk, itt fúrtunk lyukakat. De mennyire mélyre jutottunk le?  A legmélyebb ismert barlang a grúziai Krubera-barlang. Egy 2009-es expedíció során a búvármerülésekkel kiterjesztett, jelenlegi ismert mélysége 2191± 20 méter. Érdekesség, hogy ezzel a tengerszintre jutottak vissza. A legmélyebb, ember által készített bányajáratot a dél-afrikai TauTona-bányában találjuk, és 3900 méter mélyen fúrták. Az eddig legmélyebbre a Kola-félszigeten hatoltak, ahol 1989-ben egy fúrás elérte a 12 261 méteres mélységet.

A Kola-szigeti fúrás célja az volt, hogy elérjék a földkéreg és földköpeny határát. A kéreg átlagosan 35 kilométer vastag, de vannak vékonyabb területei is. A Kola-félsziget alatt csak 15 kilométer. Manapság inkább tengeri fúrásokban gondolkodnak a tudósok. A legközelebbi pont a köpeny felső határához Costa Rica partjai mentén található, 1507 méter mélységben. Az óceáni kéreg itt csupán 5,5 kilométer vastag, tehát kisebb utat kell megtenni a köpeny eléréséig. Azonban ez óriási technikai és anyagi kihívás.

A Föld mélyébe vezető utazás nem sok reménnyel kecsegtet. Ma már tudjuk, hogy lefelé egyre nő a hőmérséklet, kilométerenként akár 20 fokkal is. A TauTona-bányában 55-60 fokban dolgoznak a bányászok. A Kola-félszigeti fúrás is azért állt le, mert 12 kilométeres mélységben a becsült 100 fok helyett 180 fok várta őket. A tervezett 15 kilométer mélységben 300 fokot becsültek, amit a fúrófej már nem bírt volna ki.

De miért is fontos annyira, hogy tudjuk, mi van, mi zajlik a Föld belsejében? Azért, mert az ott zajló folyamatok nagyon komoly hatással vannak az életünkre. Ezek a folyamatok felelősek a kőzetlemezek vándorlásáért, amelyek a földrengéseket és a vulkánkitöréseket okozzák. A mélyről feltörő magmacsóvák hozzák létre a forró foltokat. A Föld magja generálja a mágneses teret, ami megvédi a földi életet az űrből érkező sugárzástól. És végül, ha a Föld magja nem lenne aktív, valószínűleg a bolygó is halott lenne.

Amit ma bolygónk belsejéről tudunk, azt a földrengéseknek és ezek megfigyelésének köszönhetjük. A szeizmikus hullámok ugyanúgy terjednek, mint a hang; a sebessége megváltozik, ha más-más anyagon keresztül megy át. Innen tudjuk, hogy a Föld nem tömör kőzetgolyó, hanem rétegekből áll.

A földköpenyt olyan kőzetek alkotják, amelyek nagyon hasonlóak a földkéreghez, bár ennek kissé más a kémiai felépítése. A nagy nyomás és a magas hőmérséklet miatt folyékony állapotban van. Ezt ismerjük a vulkánkitörések magmájaként. Ebből jött létre a Föld szilárd kérge. Vastagsága több mint 2800 kilométer. 

A legizgalmasabb terület a Föld magja, amely két részből áll. A külső mag 2200 kilométer vastag, hőmérséklete 4000 Celsius-fok, vagyis csaknem olyan meleg, mint a Nap felszíne. Olvadt fémekből áll, viszkozitása nem sokkal nagyobb a vízénél, tulajdonképpen fehéren izzó, olvadt fémek óceánjáról beszélhetünk. A mag körülbelül akkora, mint a Mars bolygó. A tudósok hamarosan azt is felismerték, hogy a külső magon belül egy belső mag is van, ami meglepő módon szilárd. Valószínűleg vas és nikkel alkotja. Átmérője 2500 kilométer, csaknem akkora, mint a Hold.

A magról mostanáig alig tudtunk valamit. Egy japán tudósnak azonban hosszú munkával sikerült laboratóriumban olyan körülményeket előállítani, mint a belső magban. Ez 4000 Celsius-fokot és 3,45 millió atmoszférás nyomás jelent! Egyedül a gyémánt olyan kemény, hogy kibírja ezt a nyomást. Tíz évbe és több száz összetört gyémántba került, míg kifejlesztett egy olyan prést, amelyikbe a gyémánt két csúcsa közé fogják az igen apró vas-nikkel szemcsét. A mintát infralézerrel 4700 Kelvin-fokra melegítik fel. A mintát röntgensugárral világítják át, hogy képet kapjanak a szerkezetéről.

Az ötvözet a felszínen parányi kristályokból áll, azonban a Föld magjában csodás változások történnek. A különálló kristályok óriásivá nőhetnek, az évmilliók alatt akár tíz kilométeresre is nőhetnek. A fizikusok úgy képzelik el, mintha egy fenyőerdő felett repülnénk. De minden fa egyetlen kristály, és 10 kilométer magas. Ez alkotja a Föld belső magját úgy, hogy a kristályok az Északi-sark felé mutatnak.

A mag hőjét egyrészt a radiokatív elemek bomlása táplálja, másrészt ez még a bolygó keletkezésekor történt ütközésekből származó energia. Ahogy az olvadt fémmag hője elszökik, ez mozgásra kényszeríti az olvadt fémtömegeit. Ez a mozgás az elektromágnese indukció révén hozza létre a Földet védő mágneses mezőt.

Hogy ezt a folyamatot szimulálni tudják, a marylandi College Parkban különleges modellt építettek, amely olyan kérdésekre is megadhatja a választ, amit még a szuperkomputerek sem képesek. Felépítették a Föld magjának kicsinyített mását. Mert sok minden tudunk, ami a felszínen zajlik, de a belsejében lezajló áramlási és mágneses folyamatok teljesen ismeretlenek számunkra. Ez azért fontos, mert a Föld mágneses tere állandóan változik, és ezekre a szeszélyes ingadozásokra a bent zajló folyamatok adhatnak magyarázatot.

Egy gömbben 13 tonna folyékony nátriumot helyeztek el, és ezt óránkénti 135 kilométeres sebességgel pörgetik. Itt megfigyelhetik a kialakuló áramlásokat, forgómozgásokat. A gömbben is turbulenciák, igen bonyolult örvényrendszerek alakulnak ki, hasonlóan a földfelszíni időjáráshoz. Ezek az örvénylések elképesztően bonyolult rendszert hoznak létre. Ezek keltik a mágnese teret, és az örvénylés változása okozza a magnetoszféra folyamatos változását. Az egész olyan, mint egy folyékony dinamó.

Egyre többet tudunk meg erről a számunkra elérhetetlen zónáról, de még mindig csak a felfedezések elején tartunk. Egy tudós megfogalmazása szerint: most állunk a magkutatás aranykorának elején.

Ha tetszik, lájkold, és oszd meg ismerőseiddel. Csatlakozz a közel 100.000 főt számláló közösségünkhöz a Facebookon, mert sok mindent csak ott, vagy azon keresztül találsz meg. További blogjaink, és minden egyéb, ami érdekes, de nem ér meg egy blogbejegyzést. Linkek, fotók, videók, rövidebb és hosszabb infók, vagyis bővebb tartalommal várunk rád.